第十八届国际塑料及橡胶展览会特别报道(K2010)——注射成型新技术

杨卫民,王小华,谢鹏程

(北京化工大学机电工程学院,北京100029)

第十八届国际塑料及橡胶展览会特别报道(K2010)
——注射成型新技术

杨卫民,王小华,谢鹏程

(北京化工大学机电工程学院,北京100029)

综述了第十八届杜塞尔多夫国际塑料及橡胶展览中全球各大企业展示的最新注射成型技术及设备。注射成型新设备主要包括全电动注射成型设备、电液混合驱动新设备、大型注射成型设备、微型注射成型设备、扩展功能的控制系统等。塑料注射成型技术正向着节能、精密、高效、环保的方向发展,以产品为中心的高度集成化、自动化的总体解决方案成为行业主流,其在包装行业、医疗行业、汽车行业等领域的应用不断拓宽。

第十八届国际塑料及橡胶展览会;注射成型;设备;技术;发展趋势;生产单元

Abstract:On the 18thInternational Trade Fair of Plastics&Rubber(K2010),global injection molding leading enterprises displayed the latest injection molding technologies and machines,including fully electric injection molding machines,electro-hydraulic injection molding machines,large-scale injection molding machines,micro-injection molding machines,control systems with extended function,etc.The injection molding technologies are developed towards energy-saving,high precision,high efficiency and environmentally-friendly.Total solution with highly integrated and automated characteristics becomes the mainstream of plastics injection molding industry.Development of this solution continuously broadens the applications of injection molding process in packaging,medical and automobile fields.

Key words:18thInternational Trade Fair of Plastics&Rubber;injection molding;machine;technology;development trend;production cell

0 前言

第十八届德国杜塞尔多夫国际塑料及橡胶展(简称 K2010)于2010年10月27日～11月3日成功举行。K展是国际塑料、橡胶工业界的盛会,代表着工业发展方向的未来指向标,业内专家云集于此藉由对话交流而萌生新构想,以推动塑料橡胶产业的发展。本届展会集结了全世界塑料橡胶行业的著名产商,来自全球的各大注射成型领先企业争先恐后展示面向未来的最新技术,展示代表国际先进水平的行业最新成果。参展商多达3100家,大部分国内企业参加了此次展会。同时,以中国厂商为主的8号展馆也出现了不少来自印度等其他亚洲新兴国家的企业,充分展现出当今全球塑胶工业发展的蓬勃生机。而以海天、力劲、震雄、博创等为代表的中国企业已经与国际注射成型设备领先品牌同台竞技,展示了具有国际市场竞争力的最新注射成型技术及设备。

1 注射成型新设备

1.1全电动注射成型设备

全球最大的注塑机供应商——海天国际集团在K2010首次揭开了天润ME系列(Mercury)全电动注塑机的神秘面纱,这是海天国际中德团队5年合作的研发结晶,一经展出立即成为展会现场备受关注的产品之一。该产品从结构到控制均进行了特别研发,传统的机器拉杆被侧板上的直线导轨所替代,提高了动模板的平行度;采用活塞式塑化单元保证注射量的稳定性。天润ME系列具有更人性化、更精密化、更功能化的结构设计,设备的容模空间增加了70%,反应灵活快捷,注射速度可达500 mm/s,注射加速度超过10 g,如图1所示。

图1 海天生产的Mercury全电动注塑机Fig.1 Mercury fully electric injection molding machine made by Haitian

Battenfeld公司作为全电动注塑机的第一家欧洲厂商,也展示了最新一代的全电动注塑机——EcoPower,如图2所示,其注射单元结构紧凑,合模单元配备了高效驱动系统以保证合模精度,充分体现了节能高效、高精度的特点。Ferromatik Milacron公司展出了 Elektras系列全电动注塑机,其注射单元、合模单元移动轴线的平行度高,大幅度提高了注射座移动、启闭模的效率,合模单元采用5点肘杆机构保证了最佳的模具安装高度和移模行程,注射单元采用线性轴承以保证移动的精度和灵活性,其能耗与液压式注塑机相比可节省50%,可应用于医疗、食品包装等对洁净度要求高的行业。

1.2 电液混合驱动新设备

Netstal公司ELION系列注塑机采用模块化结构设计,将全新电驱动合模单元与液压注射单元相结合,保证1.3～1.4 s的空循环时间,可以满足高效率、多模腔瓶坯注射成型的要求。Sumitomo Demag公司新一代El-Exis注塑机将日本全电动技术与Demag公司独特液压驱动技术完美结合,此次展会中展出了合模力为300 t的SP系列,并现场演示了一模72腔螺帽的注射成型技术,整个成型周期仅需2.5 s。

图2 Battenfeld生产的EcoPower全电动注塑机Fig.2 EcoPower fully electric injection molding machine made by Battenfeld

1.3大型注射成型设备

Battenfeld公司展示MacroPower系列注塑机,该设备整体结构紧凑,在成型精度方面是大型设备的杰出代表。新型二板技术的应用使设备占地面积更小,整机结合了紧凑的注射单元结构设计与机械手集成系统。新型Quicklock快速锁模系统(图3)实现了高速合模,增强了模具的适应性,大大缩短了合模时间;新型锁模系统缩短了拉杆的长度,使模具更换更加快速方便。锁模系统由2块板体组成,安装于动模板上,折叠机构可以保证其中一块板体的灵活移动,另一块板体则固定于支撑位置。该设计减轻了移动模板的负载,在保证快速移模的同时,节约了能耗,提高了合模的同步性。以生产中小型精密注射机为主的Arburg公司也在此次展会上首次展出合模力5000 kN的高性能液压注塑机。

图3 Quicklock快速锁模系统Fig.3 Quick clamping system of Quicklock

1.4 微型注射成型设备

德国Dr.Boy公司最新推出可用于成型注射量在0.1～0.8 cm3的BOY XS系列设备。XS系列既可以作为卧式机,也可以作为立式嵌件设备,占地空间仅为0.6或0.8 m2。另一款E系列注塑机采用伺服电机泵传动技术,克服了全电动注射成型设备原材料浪费、生产投资高、联结载荷高等缺陷,使设备的性能得到了一定的提升。Battenfeld公司也推介了其在微注塑领域最新的研究成果——MicroPower系列,其采用高动力的柱塞注射单元,在最大注射压力下型腔内部可以达到无偏差重复率,成型精度更高。

1.5 强大扩展性能的控制系统

集成化、人性化、标准化是此次展会注射成型控制系统所表现的发展趋势。Arburg公司开发的全新配套的Selogica设备控制系统使该公司设备的生产效率、品质、能效、性价比、功能、复杂性与整合能力得到了全面的展现,如图4所示,在 K2010现场展出了丰富的生产单元：双色牙刷三工位成型工艺,制品取出在合模状态实现;8腔双色瓶盖成型技术;插件、充磁、注射成型、组装、传感器技术融为一体的新型生产单元,强大的扩展性能得到了充分的体现。

图5 Netstal aXos顺序控制系统Fig.5 Sequence control system of aXos made by Netstal

2 以产品为中心的集成生产单元

图4 Arburg的Selogica设备控制系统Fig.4 Selogica control system made by Arburg

Netstal可自由编程aXos顺序控制系统可以使操作者简单而安全地进行生产、执行和监控操作程序。aXos创新的 HMI上部屏幕,采用薄膜键盘手动操作;较低的屏幕可以自由进行程序编辑,并具有辅助控制定义页面;最下部的可折叠键盘包括跟踪光标操纵系统。全套系统可以非常灵活地实现辅助设备控制,机器内置的控制参数达15000个。使用aXos控制系统的客户可以根据加工需要进行任意顺序动作的编程,如图5所示。

生产单元(Production Cell)已成为注射技术供应商面向用户市场最具吸引力的展示亮点,此次展会中Arburg、ENGEL、Ferromatik Milacron等业界领先注射技术供应商竞相推出独具匠心的生产单元技术。生产单元技术属于智能化成型方案,类似于自动化生产线,整个工艺流程从取料、各零部件的成型、产品的组装、检测一次性完成,不仅实现了全自动化生产,提高了工作效率,应用于复杂制品的成型还可以实现低成本、大批量的生产。生产单元技术的开发标志着注射成型已经向集成化、高度自动化迈进,不再只是单一的传统注射成型加工。

Arburg生产的 Allrounder 370s注塑机配套了3个注射单元来演示生产单元技术,用于生产内置传感器的旋转编码器。该编码器由聚酰胺(PA)材质的磁盘、30%玻璃纤维填充聚对苯二甲酸丁二酯材质的支撑板、甲基丙烯酸甲酯-丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物材质的磁盘保护盖3大部分组成。整个工艺流水线分为3大工序：首先在已安装嵌件的模具内成型PA材质的磁盘,完成磁化;机械手单元将成型好的磁盘分别与内置传感器、支撑板进行装配;最后注射成型磁盘保护盖,并由机械手单元完成与磁盘部件的组装,得到内置传感器的旋转编码器,如图6所示。

图6 Allrounder 370s注塑机及其生产的旋转编码器Fig.6 Allrounder 370s injection machine and the rotary encoders made by it

Ferromatik Milacron公司同样展示了采用生产单元技术生产的贴标矩形盒盖,成型过程使用特殊设计的4+4模腔模具,成型周期仅需5.0 s,整个工艺流程包括模内贴标、质量检测及控制、产品堆垛及包装等。Sumitomo Demag公司采用一步法工艺实现2个不同的汽车饰件在单一部件的成型,整个工艺流程结合了模具技术、薄膜技术以及机械技术等,镀铬饰条、装饰性文字、连续薄膜等汽车内饰件常用加工工艺在单一加工步骤完成,产品成型后由机械手输送至质量检测单元。

3 注射成型应用领域新进展

3.1 面向包装行业的高效、节能注射成型设备

高效、节能是包装行业对注射成型设备的基本要求。ENGEL公司最新款全电动e-cap 3940/420T注塑机配备新型注射单元、增强型合模驱动系统,在展会现场演示一模96腔高密度聚乙烯瓶盖的注射成型,整个成型周期仅需2.7 s,每小时可以成型140000个瓶盖,其效率之高获得了客户的一致认可,且其能耗也为市场同类设备之中最低。同时,设备利用Cube技术成型一模4腔聚丙烯瓶盖与软管部件,整个工艺在旋转工作台及安装在模板上的输送单元中进行。

HUSKY公司利用其 H-PET AE 180注塑系统现场演示一模32腔 EcoBaseTM纯净水瓶坯的成型,该瓶坯质量为22 g,整个成型周期为11.8 s。通过瓶坯结构的优化,EcoBaseTM瓶坯与同类轻量瓶坯相比质量减轻了2.5%。BMB公司推出了用于包装行业的高速注塑机,新型eKW系列注塑机的注射移动单元由液压蓄能器驱动,其余单元采用电力驱动系统,将液压注塑机快速灵活的特点与电驱动节能的特点进行了整合。

包装行业不仅对成型设备的高速、高效提出了要求,对包装产品的美观也极其重视,最新开发的Cover Form技术、模内喷涂技术满足了包装行业的需求。Krauss Maffei公司开发的Color Form技术是包装行业的一大突破,可以明显提高包装产品的外观质量,灵活性高,应用范围广。模内贴标技术的开发推动了包装行业的飞速发展,模内单面贴标技术已经广泛应用于包装行业的各个领域,此次展会现场,不少展商将模内贴标技术进行了全方位的展示,但最引人瞩目的当属瑞士Beck Automation公司首次展示的模内双面贴标技术,最新研发的自动化系统安装于Nestal公司的ELION 1750-840注塑机上,现场演示了一模4腔薄壁透明聚苯乙烯饮水杯内外壁面模内贴标技术,成型时间仅需3.0 s。

3.2 面向医疗卫生领域的注射成型集成单元

ENGEL公司推出综合洁净室解决方案,以全电动注塑机为平台,采用全封闭驱动系统、密封接头、全封闭机筒等洁净概念设计。在展会现场成型有盖培养皿,成型周期为3.7 s,传统注塑设备的成型周期为4.5 s。0.6 s的开模过程中制品完成分离,机械手将上盖与底座进行组装,最后堆垛、包装。整个工作环境处于洁净室封闭状态,甚至包括装配与包装过程,100%保证产品的安全性,如图7所示。

图7 ENGEL公司推出综合洁净室解决方案Fig.7 Solution for integrated clean rooms provided by ENGEL

HUSKY公司 H-MED AE全电动医用注塑系统现场演示一模32腔静脉注射透气盖医疗制品的成型,制品质量为0.18 g,成型周期为5.0 s。H-MED AE全电动医用注塑系统是一个完全集成化产品,整个工作单元由 HUSKY电脑控制系统Polaris集中控制,配备了洁净室的全电动注塑系统可满足医疗行业客户对速度、品质、控制性、精度和可重复性的要求。Netstal公司ELION 1750全电动注塑机也展示了一模96腔医疗制品的成型,成型周期为7.0 s,整个生产流程处于全封闭洁净状态,完全符合医疗制品的生产要求。

3.3 汽车工业结构件轻量化及内饰件高光成型技术

近年来,应用于汽车领域的新材料、新工艺、新设备研发成果不计其数。ENGEL公司展示汽车应用领域的注射成型工艺,注塑机配备了3套机械手,并现场演示采用特殊有机材料成型汽车驾驶杆的工艺。该有机材料采用特殊玻璃纤维或碳纤维增强,基体材料为聚酰胺或聚丙烯。ENGEL公司还推出了独具特色的一步法工艺Clearmelt,其全电动注塑机利用Clearmelt技术在成型制品的表面完成聚氨酯表层的涂覆。该工艺利用滑动工作台将聚氨酯材料复合成型在热塑性塑料件载体上,装饰件具有强烈的3D效果且表面耐刮擦,如图8所示。

4 注射成型新工艺及新技术

图8 采用 Clearmelt技术成型的汽车装饰件Fig.8 Auto decorating parts molded by Clearmelt technology

Battenfeld公司最新BFMOLDTM变温成型技术与全表面加热及冷却的传统模具调温技术不同,该技术采用球体滚动加热方法以提高温度的调节效率,并保证球体在型腔表面的贴合定位,如图9所示。这种新型调温技术与专门设计的 TEMPRO plus C160/2 VARIO系列调温装置配套使用,成型制品的结构精度更高,可消除缩痕、结合线等成型工艺缺陷。TEMPRO plus VARIO单元的第一回路在型腔表面产生高温,保证模具温度始终高于成型物料的玻璃化转变温度。在制品冷却阶段,单元转换至第二回路,使模具处于低温状态,以提高冷却效率。该项技术不仅缩短了成型周期,还有助于防止制品的翘曲变形,减小制品应力。此外,Polymer Competence Center Leoben(PCCL)研发的在线表面质量测量方法也是保证制品质量的一种新技术,可以实现制品100%质量缺陷自动化检测,如图10所示。

图9 采用BFMOLDTM技术制造的模具Fig.9 Mould used BFMOLDTMtechnology

图10 PCCL在线质量检测控制原理Fig.10 Control mechanism for on-line quality inspection developed by PCCL

热流道技术具有成型周期短、废品率低的优点,而且消除了后续工序,有利于实现自动化生产,进而得到广泛的应用。加拿大热流道厂商Mold-Masters推出新款E-Multi移动式辅助注射单元,该单元整合了全电式操作、伺服电机驱动和模具封装技术,可帮助用户将单一材料注塑设备变为多材料、多色生产单元。另一款产品是SprintVG全电式伺服控制的筒形阀门,这是Sprint系列热流道的补充产品,可根据生产要求快速准确地开启和关闭64个阀销。

MAGUIRE公司推出新型高效的微量加料系统(图11),可以提供实时控制,实现绝对平稳的连续计量,是加料工艺的一大突破,输送原料的速度可达36 kg/h。德国Werner Koch公司专用于注塑设备的直接重量式给料装置EXA KO结合了容积式高精度料仓和重量式加料系统的优点,可保证最小加料量的给料总精度,加料精度可达±3‰,且不受外部环境影响。

图11 MAGUIRE公司新型加料设备Fig.11 Loading equipment made by MAGUIRE

5 结语

第十八届德国杜塞尔多夫国际塑料及橡胶展展示的最新注射成型工艺及设备代表了全球注射成型行业的发展趋势,为国内外企业提供了展示最新技术成果的平台。中国企业创新能力不断增强,与国际顶尖企业同台竞技毫不逊色。全球塑料橡胶行业的蓬勃生机为国内企业发展壮大创造了极好的机遇。国内同仁应当立足于行业发展的新起点,引领现代制造业的新潮流,不断取得注射成型技术及设备的新突破,加快推动中国由生产大国到制造强国的转变。

Report on the 18thInternational Trade Fair of Plastics&Rubber(K2010)—New Technologies for Injection Molding

YAN G Weimin,WAN G Xiaohua,XIE Pengcheng
(School of Mechanical and Electrical Engineering,Beijing University of Chemical Technology,Beijing 100029,China)

TQ320.66+2

A

1001-9278(2011)01-0110-06

2010-12-30

联系人,yangwm@mail.buct.edu.cn